ein speziell geformter, geschlossener Kanal, der dazu dient, Flüssigkeiten oder Gase auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu beschleunigen und der Strömung eine bestimmte Richtung zu geben. Düsen werden auch als Mittel zur Erzeugung von Gas- oder Flüssigkeitsstrahlen verwendet. Der Querschnitt der Düse kann rechteckig (zweidimensionale Düse), kreisförmig (achsensymmetrische Düse) oder eine andere Form (räumliche Düse) sein.
In einer Düse nimmt die Geschwindigkeit v der Flüssigkeit oder des Gases in Strömungsrichtung von einem Anfangswert v0 am Eintritt bis zu einer maximalen Geschwindigkeit v = va am Austritt kontinuierlich zu. Aufgrund des Energieerhaltungssatzes kommt es mit zunehmender Geschwindigkeit v in einer Düse gleichzeitig zu einem kontinuierlichen Abfall des Drucks und der Temperatur von den Anfangswerten p0 und T0 auf die Mindestwerte pa und Ta im Austrittsbereich. Damit eine Strömung in einer Düse entstehen kann, ist also ein gewisser Druckabfall erforderlich, d. h. die Bedingung p0 > pa muss erfüllt sein. Wenn T0 erhöht wird, steigt die Geschwindigkeit in allen Abschnitten einer Düse aufgrund der höheren potentiellen Anfangsenergie an. Solange die Strömungsgeschwindigkeit nicht zu hoch ist, sind die entsprechenden Druck- und Temperaturänderungen in der Düse gering, so dass die Eigenschaft der Kompressibilität – die Fähigkeit einer Flüssigkeit oder eines Gases, bei Druck- oder Temperaturänderung eine Volumenänderung zu erfahren – nicht zum Tragen kommt und eine Änderung der Dichte p des strömenden Mediums vernachlässigt werden kann, d. h. die Dichte als konstant anzusehen ist. Unter diesen Bedingungen sollte eine Düse eine konvergierende Form haben, wenn ein kontinuierlicher Geschwindigkeitsanstieg erwünscht ist, da aufgrund der Kontinuitätsgleichung ρvF = const die Fläche F des Düsenquerschnitts umgekehrt proportional zum Geschwindigkeitsanstieg abnehmen muss. Bei einer weiteren Zunahme von v macht sich jedoch die Kompressibilität des Mediums bemerkbar, und die Dichte nimmt in Strömungsrichtung ab. Folglich hängt die Konstanz des Produkts der drei Faktoren pvF unter diesen neuen Bedingungen von der Geschwindigkeit ab, mit der p mit zunehmendem v abnimmt. Wenn v < a ist, wobei a die lokale Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in dem sich bewegenden Medium ist, bleibt die Abnahme der Dichte eines Gases hinter der Zunahme der Geschwindigkeit zurück, so dass F trotz der Abnahme der Dichte verringert werden muss, um eine Beschleunigung zu erreichen, d. h. um v zu erhöhen (Abbildung 1) (Unterschalldüse). Bei der Beschleunigung auf Geschwindigkeiten v > a nimmt die Dichte jedoch schneller ab als die Geschwindigkeit zunimmt; daher wird es im Überschallbereich notwendig, die Fläche F zu vergrößern (Überschalldüse). Eine Überschalldüse, die auch als Lavaldüse bezeichnet wird, hat also sowohl einen konvergenten als auch einen divergenten Teil (Abbildung 2). Die Geschwindigkeitsänderung durch die Düse hängt von der Änderung der Fläche des Querschnitts F mit der Länge ab.
Der Druck im Austrittsbereich einer Unterschalldüse ist immer gleich dem Druck pm des umgebenden Mediums am Austritt (pa = pm). Die Drücke sind gleich, weil sich jede Abweichung in Form von Störungen manifestiert, die sich im Inneren der Düse mit der Schallgeschwindigkeit ausbreiten und eine Umlagerung der Strömung bewirken, die den Druck im Austrittsbereich der Düse ausgleicht. Wenn p0 zunimmt und pm konstant bleibt, nimmt die Geschwindigkeit va im Auslassbereich einer Unterschalldüse zunächst zu, aber nachdem p0 einen bestimmten Wert erreicht hat, wird die Geschwindigkeit konstant und ändert sich nicht mehr, wenn p0 weiter erhöht wird. Dieses Phänomen wird als Krisenströmung in der Düse bezeichnet. Mit dem Einsetzen der Krisenströmung ist die Durchschnittsgeschwindigkeit des Ausstoßes aus einer Unterschalldüse gleich der lokalen Schallgeschwindigkeit (va = a) und wird als kritische Ausstoßgeschwindigkeit bezeichnet. Die Unterschalldüse wird in eine Überschalldüse umgewandelt. Alle Gasparameter im Austrittsbereich der Düse werden in diesem Fall ebenfalls als kritisch bezeichnet. Für Unterschalldüsen mit glatter Kontur beträgt das kritische Druckverhältnis beim Austritt von Luft und anderen zweiatomigen Gasen (P0/pm)cr ≈ 1,9.
In einer Überschalldüse wird der engste Abschnitt als kritisch bezeichnet. Die Relativgeschwindigkeit va/a im Austrittsbereich einer Überschalldüse hängt nur vom Verhältnis der Austrittsfläche Fa zur Fläche des kritischen Abschnitts Fa ab und ist in weiten Grenzen unabhängig von Schwankungen des Drucks p0 im vorderen Bereich der Düse. Folglich ist es möglich, va/la zu variieren, indem man die Fläche des kritischen Abschnitts Fcr mit einer mechanischen Vorrichtung verändert, während die Fläche Fa unverändert bleibt. Die in der Technik verwendeten verstellbaren Düsen, die die Gasaustrittsgeschwindigkeit variieren, beruhen auf diesem Prinzip. Der Druck im Austrittsbereich einer Überschalldüse kann gleich dem Druck des umgebenden Mediums sein (pa = pm), und ein solcher Strömungszustand wird als Auslegungsströmung bezeichnet; sind die Drücke nicht gleich, wird der Zustand als Auslegungsströmung bezeichnet. Im Gegensatz zu einer Unterschalldüse befinden sich die Druckstörungen bei pa± pm, die sich mit der Schallgeschwindigkeit ausbreiten, in der Überschallströmung und dringen nicht in die Überschalldüse ein; der Druck pa ist daher nicht mit pm ausgeglichen. Auslegungsüberschreitungen sind durch die Bildung von Verdünnungswellen bei pa > pm und Stoßwellen bei pa < pm gekennzeichnet. Wenn die Strömung ein System solcher Wellen außerhalb der Düse durchläuft, wird der Druck gleich pm. Wenn der Druck in der Atmosphäre den Druck im Austrittsbereich der Düse stark übersteigt, können die Stoßwellen in die Düse eindringen, und dann wird der kontinuierliche Anstieg der Geschwindigkeit im Überschallbereich der Düse gestört. Ein starker Abfall des Drucks und der Temperatur eines Gases in einer Überschalldüse kann je nach Zusammensetzung des strömenden Mediums zu physikalisch-chemischen Prozessen wie chemischen Reaktionen, Phasenumwandlungen und thermodynamischen Nichtgleichgewichtsübergängen führen. Diese Vorgänge müssen bei der Berechnung der Gasströmung in der Düse berücksichtigt werden.
Düsen sind in der Technik weit verbreitet, z.B. in Dampf- und Gasturbinen, Raketentriebwerken, luftatmenden Strahltriebwerken, Gaslasern, Geräten für die Magnetgasdynamik, Windkanälen, Prüfständen für die Gasdynamik, Strahlgeräten und Durchflussmessern. Sie werden auch bei der Erzeugung von Molekularstrahlen, in der Chemietechnik und bei verschiedenen Arten von Sprengverfahren eingesetzt. Die Düse muss für die jeweilige technische Funktion ausgelegt sein. So müssen z. B. Windkanaldüsen eine gleichmäßige, parallele Gasströmung im Austrittsbereich gewährleisten, während die Düsen von Raketentriebwerken einen möglichst hohen Impuls des Gasstroms im Austrittsbereich bei den gegebenen Abmessungen sicherstellen müssen. Diese und andere technische Anforderungen haben zu einer starken Entwicklung der Düsentheorie geführt, die das Vorhandensein von flüssigen und festen Teilchen im Gasstrom sowie Prozesse wie chemische Nichtgleichgewichtsreaktionen und die Übertragung von Strahlungsenergie untersucht. Bei dieser Arbeit wurden Computer in großem Umfang eingesetzt, sowohl zur Bestimmung des Düsendesigns als auch zur Entwicklung komplexer experimenteller Methoden zur Untersuchung von Düsen.